Tudo o que você precisa saber sobre o tutorial e algoritmo de pesquisa binária

As organizações geralmente têm grandes conjuntos de dados com milhares ou milhões de elementos. É praticamente impossível para eles descobrir uma solução ou resultado específico dentro de um conjunto de dados sem a intervenção da IA. Portanto, os algoritmos de busca formam um componente essencial na IA. Eles tornam mais fácil para as organizações passar por uma grande quantidade de informações e descobrir se um determinado elemento está presente em um conjunto de dados e sua posição exata de dados.

Os algoritmos de busca são classificados em duas categorias principais, a saber, busca sequencial e busca intervalar. A pesquisa sequencial é chamada de pesquisa linear, enquanto a pesquisa de intervalo também é chamada de pesquisa binária. Na busca linear, o algoritmo percorre em série cada item mencionado no conjunto de dados até encontrar o elemento necessário. O algoritmo de busca linear é benéfico na busca através de um conjunto de dados que não está organizado.

Como o algoritmo de busca passa por todos os itens, leva tempo para produzir os resultados desejados. Portanto, raramente é usado. As organizações usam principalmente o algoritmo de busca binária. Deixe-nos saber mais sobre o mesmo.

O que é algoritmo de busca binária?

Um algoritmo de busca binária é um algoritmo de busca de intervalo amplamente utilizado em uma matriz ordenada para determinar a posição de um determinado valor ou elemento. Um array classificado é um conjunto de dados no qual os elementos são organizados em uma ordem periódica, alfabética ou numérica específica.

Aqui está um exemplo para ajudá-lo a entender melhor o conceito do algoritmo de busca binária. Suponha que você precise encontrar uma palavra em um dicionário. Nesse caso, você pode usar o algoritmo de pesquisa binária para descobrir a posição exata da palavra porque as palavras em um dicionário estão organizadas em ordem alfabética.

Pelo contrário, se você quiser encontrar uma determinada palavra em um livro em que as palavras estão organizadas em uma ordem, você terá que usar o algoritmo de busca linear.

Um conjunto de dados numéricos deve ser organizado de forma ascendente ou descendente para usar o algoritmo de busca binária. Se o conjunto de dados for composto por palavras, elas devem estar presentes na ordem alfabética.

Aplicações do Algoritmo de Pesquisa Binária

O algoritmo de busca binária é considerado um dos melhores algoritmos de busca devido à sua eficiência. A seguir estão algumas das aplicações práticas do algoritmo de busca binária.

1. Árvore de pesquisa

O algoritmo de busca binária é usado para encontrar informações específicas de grandes conjuntos de dados, como dicionários e listas telefônicas.

2. Depurando um programa

Ao testar um programa, ao encontrar um bug em um evento específico, você pode usar o algoritmo de pesquisa binária e inserir um intervalo para encontrar a posição exata do bug em vez de executar novamente todo o código.

3. Economiza Memória

XA aplicação prática da árvore de busca binária é que ela economiza espaço de armazenamento. Como o algoritmo encontra um intervalo razoável dentro de um conjunto de dados no qual um elemento estará presente, ele mantém apenas os valores necessários enquanto descarta os outros elementos.

Como implementar algoritmos de pesquisa binária?

Algoritmos de busca binária são fáceis de implementar. Em vez de percorrer todo o resultado da pesquisa, o algoritmo primeiro verifica o elemento do meio e, em seguida, prossegue para descobrir a posição exata do elemento. Aqui está como você pode entender isso.

O algoritmo de busca binária compara o elemento do meio no array ordenado para encontrar um elemento em um conjunto de dados numéricos. Geralmente, existem três possibilidades que surgem a partir disso. No primeiro caso, o elemento do meio corresponde à chave que está sendo pesquisada. A segunda probabilidade é que a posição do elemento-chave esteja localizada após o do meio. No último caso, o elemento chave é colocado antes do elemento do meio no array ordenado.

Se o algoritmo estivesse procurando pelo mesmo elemento posicionado no meio, a busca terminaria. No entanto, no segundo e terceiro casos, o algoritmo decide se o elemento chave é maior ou menor que o elemento do meio. Em seguida, ele pesquisa a primeira metade ou a última metade de acordo. Se o elemento não estiver presente no conjunto de dados, o algoritmo de busca binária mostrará o resultado 'conjunto de dados não encontrado'.

Ao verificar primeiro o elemento do meio, o algoritmo de busca binária ajuda a reduzir o tempo. Reduz a área de busca, decidindo se o elemento estará presente na primeira ou na segunda metade.

Árvore de pesquisa binária e operação de pesquisa

Agora que você aprendeu sobre o algoritmo de busca binária, vamos entender o conceito de uma árvore de busca binária. O algoritmo de busca binária divide um array ordenado em partes que tornam a busca mais fácil e rápida.

Antes disso, você deve primeiro conhecer o conceito de árvores de dados na programação. Árvores são estruturas hierárquicas que armazenam dados na forma de nós conectados por meio de arestas. Você pode considerá-lo como os galhos da árvore. O primeiro nó da árvore é chamado de nó pai e os outros nós conectados a ele são chamados de nós filhos.

Em uma árvore de busca binária, cada pai tem no máximo dois nós filhos. As árvores são divididas no item de dados do meio, no nó filho esquerdo e no nó filho direito. É um conjunto de dados numérico ordenado em que o valor do nó esquerdo é menor que o valor do elemento do meio. Da mesma forma, o valor do nó direito é maior que o elemento do meio.

A árvore de pesquisa binária ajuda a encontrar a posição exata do elemento necessário. O elemento do meio é observado primeiro. Se o valor não corresponder ao elemento necessário, o algoritmo verificará no nó esquerdo ou direito. Apenas o nó esquerdo será considerado se o valor do item for menor que o elemento do meio. No entanto, se o valor do elemento for maior que o elemento do meio, precisamos passar apenas pelo nó direito. A esquerda será descartada.

Limitações do Algoritmo de Pesquisa Binária

Embora o algoritmo de busca binária tenha várias vantagens, também existem algumas limitações.

• Para implementar o algoritmo de busca binária, você deve ter um array ordenado. Se o conjunto de dados não estiver organizado alfabeticamente ou numericamente, torna-se impossível implementar o algoritmo de busca binária.

• Os algoritmos de pesquisa binária não são benéficos para pequenos arrays não classificados, pois exigirão muito tempo para classificar o conjunto de dados. Nesses casos, o algoritmo de busca linear é uma escolha mais prática.

• Algoritmos de busca binária podem não nos dizer a posição exata de um elemento como um algoritmo de busca linear porque ele passa apenas por uma parte do conjunto de dados.

Oportunidades de carreira depois de aprender o algoritmo de pesquisa binária

O algoritmo de busca binária em ciência da computação está relacionado à estrutura de dados. Portanto, se você fizer um mestrado em ciência da computação em ciência de dados, poderá assumir as seguintes funções de carreira:

• Engenheiro de dados ou desenvolvedor
• Trabalhos de modelagem de dados, como design experimental e modelagem estruturada
• Análise de dados, como aprendizado de máquina e sistemas de recomendação

Como você pode aprender a aplicação prática dos algoritmos de busca binária?

O conhecimento de algoritmos de pesquisa binária é essencial se você deseja buscar oportunidades de carreira em ciência da computação. Para isso, você deve ter um diploma de bacharel em ciência da computação com excelentes credenciais. Um mestrado em ciência da computação lhe dá uma vantagem à medida que você tem a chance de obter mais conhecimento sobre o assunto.

Quem procura um curso de mestrado para aprender os fundamentos dos algoritmos de busca binária e sua aplicação prática pode fazer o curso de Mestrado em Machine Learning & AI oferecido pela upGrad.

É oferecido em associação com a Liverpool John Moores University, classificada entre uma das 50 melhores universidades do Reino Unido. Se você é novo em programação, o upGrad também oferece conteúdo preparatório pré-programa que apresenta Python, visualização de dados, análise de dados e conceitos mais cruciais.

Além disso, você também terá a chance de trabalhar em mais de 12 estudos de caso e projetos. Os alunos também desfrutam de sessões ao vivo com especialistas e mentores, oportunidades de aprendizado entre pares e orientação personalizada para o crescimento de sua carreira.

Conclusão

Algoritmos de busca binária são um conceito crucial na programação. Se você estiver interessado em ciência de dados e aprendizado de máquina, é melhor aprender a fundo sobre algoritmos de pesquisa binários e outros que o ajudarão em sua carreira à frente. Junto com o conhecimento teórico, você também precisará de conhecimento prático deste tópico.